(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、均一分散を達成し、コストの安い、かつ逆洗排水の排出上も問題のない被処理液の流入装置を有する圧力式液体処理塔を提供する。【解決手段】  内部に充填材を充填した充填層１１を有し、被処理液１７が該１１を下向流で通る圧力式液体処理塔１において、該処理塔１の塔頂部中心付近に被処理液流入装置を設け、該流入装置が、前記１７の流入配管４に接続して、前記１の塔頂部中心付近に対して垂直に配した分散母管５と、該５に接続した分散管６とからなり、該６の流出口開口部を前記塔頂部鏡板内面と対向させて上向きに配するものであり、前記６は、２〜４本を有し、９０度エルボを用いることができ、５の管内流速と６流出口の開口部全体に対応する流速とを、４の管内流速の１／１〜１／５とするのがよい。【選択図】  図1
2005230714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に充填材を充填した充填層を有し、被処理液が該充填層を下向流で通る圧力式液体処理塔において、該圧力式液体処理塔の塔頂部中心付近に被処理液流入装置を設け、該被処理液流入装置が、前記被処理液の流入配管に接続して、前記処理塔の塔頂部中心付近に対して垂直に配した分散母管と、該分散母管に接続した分散管とからなり、該分散管の流出口開口部を前記塔頂部鏡板内面と対向させて上向きに配することを特徴とする圧力式液体処理塔。
【請求項２】
前記分散母管に接続する分散管は、２〜４本を有し、前記分散母管の管内流速と前記分散管流出口の開口部全体に対応する流速とを、前記被処理液流入配管の管内流速の１／１〜１／５とすることを特徴とする請求項１記載の圧力式液体処理塔。
【請求項３】
前記分散母管に接続する分散管が、９０度エルボであることを特徴とする請求項１又は２記載の圧力式液体処理塔。
【請求項４】
前記被処理液流入装置は、前記充填層の逆洗に際しての逆洗排液排出装置を兼用することを特徴とする請求項１、２又は３記載の圧力式液体処理塔。
【請求項５】
前記充填層が、被処理液を処理するろ過層、活性炭層又はイオン交換樹脂層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の圧力式液体処理塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力式液体処理塔に係り、特に、水処理分野で広く使用されている圧力式ろ過装置、活性炭等の吸着装置、イオン交換装置等の圧力式液体処理塔において、被処理液が下向流で入る流入装置が、簡単な構造で被処理液の均一分散を達成でき、水処理以外の他の液体であっても、均一分散を要する液体であれば適用できる圧力式液体処理塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、代表的に水処理分野で広く使用されている圧力式ろ過装置である活性炭の吸着装置を例に、図面を用いて説明する。図４において、被処理液１７は塔頂部から下向流で入り、サポート９に支持された水平バッフル板１３に当たり、更に塔頂部の鏡板１５の内側面に当たり、分散していく。
そして、充填されているろ材層１１（砂、アンスラサイト、活性炭等）、支持層１０（例えば砂利層）を通り、塔下部に配置した集水母管２と小穴（表示せず）を有する枝管３からなる多孔管式集水装置から処理液１８として排出されていく。集水装置としては、多孔管方式以外にも単に小穴を有する多孔板方式も利用されている。
【０００３】
このように処理される場合、塔径に比較して、流速が速いと、水平バッフル板１３に当たった流れが、塔頂部の鏡板に沿って壁に向かう、高速の壁流が発生してしまう。このような流れでは、充填されているろ材層１１が、例えば、砂より比重が小さい活性炭では、塔壁近傍で舞い上がり易く、掘り下げされていく。そしてついには、短時間でその表層は水平でなくなる。
ろ材層１１が活性炭の場合、表層は図４に示すような、山型の形状となってしまう。その表層の高低差は、流速、塔径、バッフル板１３の大きさ等によって異なるが、１ｍ以上にもなることがある。
これを改良するため、水平バッフル板１３を大きくしたり、バッフル板１３に穴をいくつか設けたりする検討も行われてきた。
【０００４】
また、図５に示す如く、その形状を円錐形バッフル板１４とすることも試みられてきた。
しかし、ろ材が活性炭より比重の大きい砂を用いるろ過装置であっても、圧力のかかった被処理液は勢いよく、前記円錐形バッフル板１４に流れ落ちるために生ずる偏流によって、ろ材の表層に凹凸が生じ、図５に示すように波打ってしまう。即ち、ろ材層１１に充填層高の厚い部分と薄い部分が生じ、被処理液１７の均等分散ができず、ろ過装置としての充分な機能を発揮できなくなる。そこで従来は、塔頂部からろ材表層までの距離を８００〜１０００ｍｍと長くしたり、流速を小さくするため、塔径を大きくして、被処理液１７の有している流体エネルギーを弱めて表層に凹凸や山型が生じないようにしていた。
図５の改良案として、特開平７−２５１０１１号公報に円錐形バッフル板１４の下に、更に小穴の開いたサブバッフル設ける二重バッフル構造も提案されている。
【０００５】
図６、図７は、分散母管５に、流出口として小穴２１を有する枝管１２を設けた多孔管方式の流入装置である。図６は、被処理液１７が塔頂部から、図７は、塔側壁から入るように設けている。
枝管１２の本数、及びその長さは、塔径、流速に応じて増減される。更に、枝管をウェッジワイヤースクリーンで覆い二重管として、より均一分散ができるようにしている例もある。このタイプは、一般にバッフル方式よりコストが高くなる。均一分散が第１の前提条件となる、比重の小さいイオン交換樹脂等を充填した装置などで、多く採用されている
。
多孔管方式の流入装置は、均一分散を得られ易い。しかし、コスト低減及び逆洗による補足した濁質の良好な排出等を重視する、ろ過装置、活性炭の吸着装置及び活性炭による残留塩素除去装置等では、より簡単な構造を求めており、多孔管方式の流入装置は採用されにくい現状にある。
【０００６】
前述したバッフル板１３、１４を利用した方式では、流入する被処理液の均一分散は、壁流などの偏流が生じるため達成しにくいし、その影響を少なくして均一な下向流を得るために、被処理液が流入する塔頂部から充填ろ材の表層部までの距離を大きくしたり、あるいは流速を小さくして、被処理液の持つエネルギーを弱める対策が行われている。そのため、塔高あるいは塔径を大きくする必要があり、また、大きくするには、充填ろ材層１１、支持層１０の充填量増加等によりコストが高くなるデメリット、更にそれらに伴う設置場所の制限というデメリットが基本的にある。
ところが、残留塩素やトリハロメタンなどの有害有機物を除去し、更に熱水や蒸気を用いて活性炭層内の微生物を殺菌する食品工場などで用いられている圧力式活性炭塔では、従来通水速度（ＬＶ）は５〜１０ｍ／Ｈ、空塔速度（ＳＶ）で１０（１／Ｈ）程度であったが、近年、効率化のため通水流速をＬＶ１０〜２５ｍ／Ｈ、ＳＶも１０〜２５（１／Ｈ）程度又はそれ以上に大きくすることが求められている。そして、設置スペース、塔高、充填ろ材量（支持層の砂利及び活性炭量）等を抑え、イニシャルコスト、ランニングコストを低減しようとしている。このような高流速には、従来のバッフル板方式では、均一分散できにくいため、対応できない。また、多孔管方式では、バッフル板方式に比べて、材料費及び加工費とも高くなってしまう。
【特許文献１】特開平７−２５１０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題を解決し、簡単な構造で、均一分散を達成し、コストの安い、かつ逆洗排水の排出上も問題のない、被処理液の流入装置を有する圧力式液体処理塔を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、内部に充填材を充填した充填層を有し、被処理液が該充填層を下向流で通る圧力式液体処理塔において、該圧力式液体処理塔の塔頂部中心付近に被処理液流入装置を設け、該被処理液流入装置が、前記被処理液の流入配管に接続して、前記処理塔の塔頂部中心付近に対して垂直に配した分散母管と、該分散母管に接続した分散管とからなり、該分散管の流出口開口部を前記塔頂部鏡板内面と対向させて上向きに配することを特徴とする圧力式液体処理塔としたものである。
前記圧力式液体処理塔において、前記分散母管に接続する分散管は、２〜４本を有し、９０度エルボを用いることができ、前記分散母管の管内流速と前記分散管流出口の開口部全体に対応する流速とを、前記被処理液流入配管の管内流速の１／１〜１／５とするのがよく、また、前記被処理液流入装置は、前記充填層の逆洗に際しての逆洗排液排出装置を兼用することができ、前記充填層は、被処理液を処理するろ過層、活性炭層又はイオン交換樹脂層とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バッフル方式のようにコストが安く、かつコンパクトな装置で、多孔管方式のように被処理液の均一分散が達成でき、かつ逆洗時の逆洗排水の排水上の問題のない圧力式液体処理装置を提供できた。
すなわち、本発明は、塔頂部からの被処理液の下向流の向きを、分散母管に接続した２〜４本の分散管によって、その流れる方向を上向流の向きに変え、被処理液を前記塔頂部
鏡板内面に直角に近い角度で衝突させることによって、被処理液を分散させ、その流速を弱めていく。一部鏡板の曲面にそって壁流は生ずるが、バッフル方式の壁流のようなろ材を巻き上げるような、激しい偏流はほとんど生じない。そして、全体として均等に近い下向流が得られ、充填ろ材の表層に凹凸を生じさせたり、充填ろ材を山型形状とするようなことはない。
それゆえ、前記塔頂部鏡板部と充填ろ材までの距離を小さくできると共に、ろ材層へ均等な通水がされ、ろ材層の機能を充分に発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の圧力式液体処理塔の具体例を、図１、図２、図３を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の圧力式液体処理塔の全体構成図、図１（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ断面図を示し、図２（ａ）は、図１の被処理液流入装置の拡大詳細図であり、図２（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ断面図であり、分散母管の口径が上部５’より下部５’’の方を大きくした場合である。図３は、図１の被処理液流入装置の他の拡大詳細図であり、分散母管の口径が上部５’、下部５’’とも同じ場合である。
図１、図２に基づいて、本発明をろ材として活性炭を用いた例について説明する。被処理液流入配管４は、分散母管５の塔頂部鏡板１５の外側で同じ口径の分散母管５の上部で接続している。図２（ａ）に示されるように、塔内鏡部の分散母管５の下部５’’の口径は、上部口径より大きくなっている。この塔内鏡部の分散母管下部５’’は、サポート９によって塔内鏡部面に固定される。
そして、分散母管下部５’’に分散管６が４本接続されている。分散管６の開口部７は塔頂部鏡板１５に対向している。塔頂部鏡板１５は、曲面となっているが、開口部７はできるだけ直角に対向するように配置するのが好ましい。
【００１１】
被処理液１７の分散母管５下部５’’の管内流速Ｖは、被処理液流入配管４の管内流速Ｖの１／１〜１／５とする。好ましくは１／１．５〜１／３程度にする。
また、各分散管６の開口部７の合計面積に対する流速Ｖは、分散母管５下部５’’の管内流速Ｖと同程度にするのが、各分散管６への被処理液の均等な分散上から好ましい。図１、図２は、分散管が４本の例であるが、塔径が小さい時は２本でもよい。また、塔径が大きい場合は、５本以上でもかまわない。しかし、通常は３〜４本とするのが、被処理液の分散母管５から分散管６への、及び分散管６から塔内全体への均等な分散上好ましい。
【００１２】
逆洗は、逆洗液１９を集液母管２と小穴（表示せず）を有する枝管３からなる多孔管式集液装置から導入し、支持層１０を通り、ろ材層１１を逆洗し、分散管６の開口部７から分散母管５、被処理液流入配管４を通り、逆洗排液２０として排出される。このとき、ろ材に空気等が付着しろ材が浮上し、分散管から流出することが予想される場合は、分散管６の開口部７等に適切な目幅の金網などを設け、一時的なろ材の大量流出が生じないようにしておく。また、定検時などに分散母管５低部に残留しているろ材や濁質を清掃できるように、分散母管５の底部にソケット８を設けておくのも一案である。
【００１３】
本発明において重要なことは、図２に示すように、分散管６として９０度エルボを利用できることである。分散母管５下部に９０度エルボを溶接等により接続し、その開口部７を水平に、また、塔頂部鏡板１５に対向するように配するだけで、充分に分散管６の効果が得られるのである。更に、塔頂部鏡板１５内面と分散管６の開口部面７の距離Ｌ１を５０〜１５０ｍｍ、好ましくは６０〜１２０ｍｍ程度の距離とすることである。この距離が大きすぎると、塔胴長が長くなりコストアップになってしまうことと、塔頂部鏡板１５内面へ衝突するまでに、各分散管６の開口部７から流出する被処理液１６がある広がりをもってしまい、塔頂部鏡板１５内面へ衝突する速度が小さくなりすぎ、分散効果が小さくなることである。
一方、この距離が小さすぎると、塔頂部鏡板１５内面への衝突速度が大きくなり、偏流
が生じ易くなることである。適正な距離とすることが本発明においては重要である。
【００１４】
本発明の代表的な配管口径の構成例のときの、本発明装置の概略の大きさを示すと下記の如くである。被処理液流入管４の口径８０mmＡ、分散母管の口径１２５mmＡ、分散管６の口径６５mmＡ（４本）、材質はＳＵＳ３０４とした場合の、図２に示す各寸法は概略下記である。
Ｌ１：８０ｍｍ、
Ｌ２：２５０ｍｍ、
Ｌ３：３７５ｍｍ、
この例における本発明の塔頂部鏡板内側に設置される流入装置の大きさは、概略〔２５０ｍｍ×３７５ｍｍ〕の外形寸法であり、コンパクトになっている。
図３は、分散母管５の口径を塔頂部鏡板内外ともに、同じ口径とした場合の本発明の一実施態様例である。被処理液配管４にレジュサー（図示せず）を有するようにし、分散母管５に接続できる。
その他の構成は図１、図２と同じである。
本例のような配管口径の構成の流入装置は、塔径として、１４００mmφ〜２０００mmφの塔径まで利用できる。
更に塔径の大きい場合は、配管口径を例えば、被処理液流入管４の口径１００mmＡ、分散母管５の口径１５０mmＡ、分散管６の口径８０mmＡ（４本）のように、一段階大きい口径の配管構成とすればよい。使用する流速、塔径等を考慮し、適切に各配管口径を決めて、流入装置を、図２あるいは図３のような構成とする。
図６、図７の多孔管方式のコストは、図４、図５のバッフル方式の２倍程度である。しかし、本発明の流入装置のコストは、図４、図５のバッフル方式の１．２〜１．４倍程度であり、図６、図７の多孔管方式のコストより大幅に安くできるのである。本発明によって、このようなコストとコンパクトな装置で被処理液の均一分散が達成できるのである。
【実施例１】
【００１５】
図１の本発明の圧力式液体処理塔を用いて、脱塩素目的の活性炭塔に適用した。
処理水量：３０ｍ3／Ｈ
塔径    ：１４００ｍｍφ×２２００ｍｍｈ（胴長）
塔、部品、配管の材質：ＳＵＳ３０４
充填材  ：支持層１０：        層高  ６３０ｍｍ
ろ材層１１：活性炭  層高  １０００ｍｍ
通水流速：ＬＶ＝１９．５，  ＳＶ＝１９．５
配管    ：被処理液流入配管：８０ｍｍＡ  （管内流速Ｖ1  １．６６ｍ／ｓ）
分散母管        ：上部は８０ｍｍＡ、下部は１２５ｍｍＡ（管内流速Ｖ2
０．６８ｍ／ｓ）
分散管（９０度エルボ）：６５ｍｍＡ４本（管内流速Ｖ3  ０．６３ｍ／  
ｓ）
結果；上記条件で通水を行った。
ろ過を１０〜１６時間／日、０．３５ｍ／ｍｉｎでの逆洗を１回／日、１０分間で６ヵ月間行ったが、活性炭層の表層は平面を保ち、凹凸や山状になることは認めらかった。また、活性炭層と支持層である砂利層へのもぐり込み現象は内部点検によっても認められなかった。
比較として、図４の従来の一枚の水平バッフル板を用いた圧力式液体処理塔を用いて、同様条件で通水を行うと、活性炭表層が山状に盛上り、また、ろ過塔壁面の沿って、活性炭及びろ過砂が支持層である砂利層の下方にもぐり込み、大きく活性炭層（ろ材層）が乱れていた。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の圧力式液体処理塔の全体構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）Ｄ−Ｄ断面図。
【図２】本発明の図１の流入装置の拡大詳細図で、（ａ）正面図、（ｂ）Ｅ−Ｅ断面図。
【図３】本発明の図１の他の流入装置の拡大詳細図。
【図４】従来の水平バッフル板を用いた圧力式液体処理塔の全体構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図。
【図５】従来の円錐型バッフル板を用いた圧力式液体処理塔の全体構成図。
【図６】従来の多孔管方式の圧力式液体処理塔の全体構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図。
【図７】従来の他の多孔管方式の圧力式液体処理塔の全体構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）Ｃ−Ｃ断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１：圧力式塔、２：下部多孔管式集液装置の母管、３：下部多孔管式集液装置の枝管、４：被処理液流入配管、５：分散母管、５’：分散母管上部、５’’：分散母管下部、６：分散管、７：分散管の開口部、８：ソケット、９：サポート、１０：支持層、１１：ろ材層、１２：上部多孔管式流入装置の枝管、１３：水平バッフル板、１４：円錐形バッフル板、１５：塔頂部鏡板、１６：分散管から流出する被処理液、１７：被処理液、１８：処理液、１９：逆洗液、２０：逆洗排液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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